CN102544270A - 制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法 - Google Patents

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张逸韵
谢海忠
杨华
李璟
伊晓燕
王军喜
王国宏
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Abstract

一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，包括：在外延结构上制备透明导电电极；将外延结构的一侧进行部分刻蚀，形成台面；在透明导电电极上制备上金属电极，在台面上制备下金属电极；减薄、抛光；制备二氧化硅保护层；从制备有二氧化硅保护层的蓝宝石衬底背面进行激光划片，使蓝宝石衬底的背面两侧留下两个V型深槽；超声清洗；腐蚀掉两个V型深槽外侧部分，获得倾斜的蓝宝石侧壁；除去二氧化硅保护层。本发明的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法获得的发光二极管，其可提高器件的出光效率。

Description

制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法。
背景技术
激光划片技术广泛应用于氮化镓基发光二极管晶圆的器件分离工艺，具有简单、快速、高效等特点。现在的纳秒激光划片机在切割蓝宝石衬底进行LED器件分离时，会在蓝宝石衬底上留下深度为20μm至50μm的切割痕迹。由于纳秒激光脉冲较长，其聚焦在蓝宝石衬底上所产生的高温会使得激光划痕附近的蓝宝石发生熔化、汽化、相变等效应，使得激光划痕附近的光透过率降低，这也影响了器件的光提取效率。另一方面，激光在蓝宝石上切割的痕迹往往是陡峭的深槽。这样裂片后就获得了近似垂直的蓝宝石侧壁，这也不利于光的提取。为了进一步提高发光二极管的光提取效率，就有必要对激光切割留下的深槽进行处理。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其是利用激光器对蓝宝石衬底切割留下的深槽，运用湿法腐蚀方法除去激光切痕处的吸光物质，同时腐蚀出倾斜的蓝宝石侧壁，从而获得倒梯形的氮化镓基发光二极管，并提高了器件的出光效率。
本发明提供一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，包括：
步骤1：取一外延结构，该外延结构的最下层为蓝宝石衬底；
步骤2：在外延结构上，采用电子束蒸发的方法，制备透明导电电极；
步骤3：采用ICP刻蚀的方法，将蒸发有透明导电电极的外延结构的一侧进行部分刻蚀，形成台面；
步骤4：在透明导电电极上制备上金属电极，在台面上制备下金属电极；
步骤5：将外延结构下层的蓝宝石衬底的背面进行机械减薄、抛光；
步骤6：在蓝宝石衬底的背面及外延结构上的台面和透明导电电极上制备二氧化硅保护层；
步骤7：采用激光器，从制备有二氧化硅保护层的蓝宝石衬底背面进行激光划片，使蓝宝石衬底的背面两侧留下两个V型深槽；
步骤8：将具有V型深槽的外延结构浸润在溶液中，超声清洗，确保V型深槽内无气泡；
步骤9：将超声清洗后的外延结构进行腐蚀，腐蚀掉两个V型深槽外侧部分，获得倾斜的蓝宝石侧壁；
步骤10：除去蓝宝石衬底背面及外延结构上的台面和透明导电电极上的二氧化硅保护层，完成倒梯形的发光二极管的制备。
附图说明
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：
图1为发光二极管外延材料结构侧面示意图；
图2为激光划槽后的发光二极管器件结构侧面示意图；
图3为湿法腐蚀后的发光二极管器件结构侧面示意图；
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本发明提供一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，包括：
步骤1：取一外延结构100，该外延结构100的最下层为蓝宝石衬底10(参阅图1)，该外延结构100包括：一蓝宝石衬底10，和在其上依次制备的缓冲层20、电子注入层30、多量子阱发光层40和空穴注入层50；
其中所述的缓冲层20的材料为氮化镓，电子注入层30的材料为n型氮化镓，多量子阱发光层40的材料为交替生长的氮化镓/铟镓氮，周期数为5-15，空穴注入层50的材料为掺镁氮化镓，透明导电电极60的材料为氧化铟锡、氧化锌或石墨烯，或及其任意组合。透明导电电极60起到电流扩展的作用，让整个发光二极管芯片能够更均匀的发光，从而提高了发光二极管的发光效率。
步骤2：在外延结构100上，采用电子束蒸发的方法，制备透明导电电极60(参阅图2)；
步骤3：采用ICP刻蚀的方法，将蒸发有透明导电电极60的外延结构100的一侧进行部分刻蚀，形成台面31(参阅图2)，所述台面31的刻蚀深度到达电子注入层30内；
步骤4：在透明导电电极60上制备上金属电极70，在台面31上制备下金属电极80(参阅图2)；
步骤5：将外延结构100下层的蓝宝石衬底10的背面进行机械减薄、抛光；
步骤6：在蓝宝石衬底10的背面及外延结构100上的台面31和透明导电电极60上制备二氧化硅保护层90(参阅图2)，防止下一步的腐蚀液将发光二极管的外延结构100腐蚀、破坏。
步骤7：采用激光器，从制备有二氧化硅保护层90的蓝宝石衬底10背面进行激光划片，使蓝宝石衬底10的背面两侧留下两个V型深槽11(参阅图2；
步骤8：将具有V型深槽11的外延结构100浸润在溶液中，超声清洗，确保V型深槽11内无气泡，其中浸润在溶液中的溶液为磷酸或酸性溶液，超声清洗的时间为4-6分钟；
步骤9：将超声清洗后的外延结构100进行腐蚀，腐蚀掉两个V型深槽11外侧部分，获得倾斜的蓝宝石侧壁(参阅图3)，所述对外延结构100进行腐蚀的腐蚀液为硫磷酸，腐蚀温度为250-300℃；
步骤10：除去蓝宝石衬底10背面及外延结构100上的台面31和透明导电电极60上的二氧化硅保护层90(参阅图3)，完成倒梯形的发光二极管的制备。
实施例
请参再阅图1至图3所示，在蓝宝石衬底10上依次外延生长2μm厚的GaN缓冲层20、2μm厚的重掺杂Si的n型GaN电子注入层30、5对量子阱GaN/InGaN发光层40(总厚度为0.15μm)以及200nm厚的高掺杂Mg的p型GaN空穴注入层50，形成外延片。
将外延片置于王水中浸泡半小时，再在硫酸双氧水(1∶1)混合溶液中及HF酸分别浸泡10分钟。去离子水清洗干净后，电子束蒸发300nm厚的透明导电电极ITO层60(透明导电电极)，第一次光刻后，ICP刻蚀850nm至n型氮化镓(GaN)电子注入层30，露出台面31。第二次光刻后，电子束蒸发制备上金属电极70Cr/Pt/Au(50nm/50nm/1.5μm)以及下金属电极80于透明电极ITO层60及台面31上。
将蓝宝石衬底10减薄、抛光至120-150μm。在抛光好的蓝宝石10背面PECVD制备一层300nm厚的二氧化硅保护层90。将减薄、抛光的外延片固定，应用纳秒激光器进行激光划片在抛光后蓝宝石衬底10背面留下60-80μm深的激光划槽11。
将外延片放入磷酸或水中浸润并加超声5分钟，然后放入高温硫磷酸(体积比3∶1)中腐蚀30分钟，以获得倾斜的蓝宝石侧壁。后放入氢氟酸中腐蚀1分钟，将二氧化硅保护层90去掉，清洗干净后裂片获得倒梯形的发光二极管。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，包括：
步骤1：取一外延结构，该外延结构的最下层为蓝宝石衬底；
步骤2：在外延结构上，采用电子束蒸发的方法，制备透明导电电极；
步骤3：采用ICP刻蚀的方法，将蒸发有透明导电电极的外延结构的一侧进行部分刻蚀，形成台面；
步骤4：在透明导电电极上制备上金属电极，在台面上制备下金属电极；
步骤5：将外延结构下层的蓝宝石衬底的背面进行机械减薄、抛光；
步骤6：在蓝宝石衬底的背面及外延结构上的台面和透明导电电极上制备二氧化硅保护层；
步骤7：采用激光器，从制备有二氧化硅保护层的蓝宝石衬底背面进行激光划片，使蓝宝石衬底的背面两侧留下两个V型深槽；
步骤8：将具有V型深槽的外延结构浸润在溶液中，超声清洗，确保V型深槽内无气泡；
步骤9：将超声清洗后的外延结构进行腐蚀，腐蚀掉两个V型深槽外侧部分，获得倾斜的蓝宝石侧壁；
步骤10：除去蓝宝石衬底背面及外延结构上的台面和透明导电电极上的二氧化硅保护层，完成倒梯形的发光二极管的制备。
2.如权利要求1所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中外延结构包括：一蓝宝石衬底，和在其上依次制备的缓冲层、电子注入层、多量子阱发光层和空穴注入层。
3.如权利要求1所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中该台面的刻蚀深度到达电子注入层内。
4.如权利要求2所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中缓冲层的材料为氮化镓。
5.如权利要求2所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中电子注入层的材料为n型氮化镓。
6.如权利要求2所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中多量子阱发光层的材料为交替生长的氮化镓/铟镓氮，周期数为5-15。
7.如权利要求2所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中空穴注入层的材料为掺镁氮化镓。
8.如权利要求1所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中透明导电电极的材料为氧化铟锡、氧化锌或石墨烯，或及其任意组合。
9.如权利要求1所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中浸润在溶液中的溶液为磷酸或酸性溶液，超声清洗的时间为4-6分钟。
10.如权利要求1所述的制备倒梯形氮化镓基发光二极管的方法，其中对外延结构进行腐蚀的腐蚀液为硫磷酸，腐蚀温度为250-300℃。
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